Relativiteitstheorie voor dummies: de inhoud eenvoudig uitgelegd
Wanneer men denkt aan de relativiteitstheorie, komt de formule E = mc² meestal in me op. Deze praktische tip zal u vertellen waar deze formule over gaat en wat u moet weten over "relativiteit".
De relativiteitstheorie eenvoudig uitgelegd
De relativiteitstheorie gaat over ruimte, tijd en zwaartekracht en was een echte mijlpaal in de fysica. Veel dingen zoals warp drive en tijdreizen maakten een beetje meer mogelijk. Het bestaat uit twee theorieën.
- De speciale relativiteitstheorie. Het verklaart het gedrag van tijd en ruimte vanuit het perspectief van waarnemers.
- De algemene relativiteitstheorie. Het beschrijft zwaartekracht als de kromming van tijd en ruimte, die bijvoorbeeld wordt gecreëerd door grote massa's zoals sterren.
verklaring
In de natuurkunde wordt een referentiesysteem een ruimtetijd-structuur genoemd, die nodig is om locatieafhankelijke processen precies te beschrijven. Een inertiesysteem is een referentiesysteem waarin krachtvrije deeltjes rusten of rechte paden met constante snelheid doorkruisen. De tijd verstrijkt bijvoorbeeld langzamer in het ene traagheidsstelsel dan in het andere.
- Volgens de speciale relativiteitstheorie van Einstein zijn alle traagheidsstelsels gelijk van aard. Als de tijd in het ene systeem sneller verloopt dan in het andere, zijn beide eigenschappen van toepassing. De tijd vliegt sneller en tegelijkertijd normaal.
- Er moet echter worden opgemerkt dat geen enkel systeem, object of deeltje sneller kan zijn dan licht. Bij 299792.458 km / s is de snelheid van het licht (c) een bovenlimiet voor snelheden. Helaas is het vliegen in een ruimtevaartuig met "twee keer de snelheid van het licht" in sommige sciencefictionfilms niet mogelijk.
E = mc² - dat betekent de formule
Bijna iedereen kent ze, maar niemand weet hoe ze te gebruiken: we hebben het over de beroemde formule E = mc². Hiermee kan de energie worden berekend afhankelijk van de relatieve massa.
- Volgens Einstein zijn energie en massa (bijvoorbeeld met deeltjes) equivalent.
- De totale energie (E) kan worden berekend met behulp van de formule E = mc² met m = m ': √ (1 - v²: c²). In dit geval is m 'de massa in rust. De formule kan echter niet worden toegepast op de "klassieke" fysica, maar is alleen van toepassing op de relativistische fysica.
De relativiteitstheorie: wat zijn tijdsuitzetting en samentrekking van de lengte?
Afhankelijk van de snelheid (van een object) kan de tijd (die verloopt ten opzichte van de waarnemer) of de lengte (van het object) worden beïnvloed. Tijd en lengte zijn afhankelijk van de snelheid.
- Hoe sneller een object in de ruimte beweegt, hoe langzamer de tijd verstrijkt ten opzichte van een rustende waarnemer. Zelfs in de buurt van grote menigten verloopt de tijd langzamer. U kunt meer gedetailleerde informatie vinden in ons artikel over "Tijdsvertraging".
- Wanneer een object met hoge snelheid in de ruimte beweegt, wordt de lengte (in de richting van de snelheid) ook gecomprimeerd. Ook hier vindt u een apart artikel over lengtecontractie.
Kromming van ruimte en tijd: grote massa's in de ruimte
Tot slot willen we ons wijden aan de grote massa's in de ruimte (zoals een planeet).
- Zoals u al weet uit ons artikel over tijdsdilatatie, gaat de tijd langzamer voorbij grote massa's.
- Grote massa's, zoals een ster, buigen ruimte (en tijd). Je kunt dit fenomeen zien als een grote doek die "buigt" wanneer je er iets zwaars als een watermeloen op legt. Ruimte-tijd is op dezelfde manier gebogen. Dit betekent dat licht ook wordt afgebogen door grote massa's.
Einsteins relativiteitstheorie: je zou deze formules moeten kunnen gebruiken
Veel verschillende formules worden gebruikt in de relativistische fysica. We laten u de belangrijkste zien die u moet weten.
$config[ads_text5] not found- De formule voor de relatieve tijd is ∆t '= ∆t: √ (1 - v²: c²). In dit voorbeeld willen we berekenen hoeveel seconden verstrijken in een systeem dat beweegt met 200000 km / s: ∆t '= 5s: √ (1 - (200000000 m / s) ²: (299792458 m / s) ² ) ≈ 6.712 s. Dit betekent dat terwijl er 5 seconden verstrijken in een versneld systeem, er ongeveer 7 seconden verstrijken in een stationair systeem! Met de snelheid van het licht zou er een 0 zijn in de noemer, wat zou resulteren in ∞.
- De formule voor lengtecontractie is l = l '⋅ √ (1 - v²: c²). De relatieve lengte is afhankelijk van de basislengte en de snelheid. Met de snelheid van het licht zou de lengte 0 zijn!
- Je kent ook de formule E = mc² met m = m ': √ (1 - v²: c²) uit dit artikel.
- Ten slotte is er de formule voor het relativistische Doppler-effect (voor professionals). U zult het Doppler-effect opmerken wanneer er bijvoorbeeld een politieauto met een sirene langs u rijdt. Dit fenomeen kan analoog worden toegepast op de relativistische fysica: de frequentie is afhankelijk van de snelheid. Als de zender en ontvanger van elektromagnetische golven (bijv. Licht) van elkaar af bewegen, wordt de frequentie gewijzigd. Het volgende is van toepassing: f '= f ⋅ √ ((1 - v: c): (1 + v: c))
- Als je deze basisformules beheerst, kun je al veel relativistische problemen oplossen.